SmartFactory KL: Herstellerunabhängige Industrie-4.0-Demonstratoren für modulare, KI-gestützte Produktion

Die Fertigungsindustrie steht vor zwei sich überlagernden Entwicklungen: einem technologischen „Push" durch günstigere und leistungsfähigere Hardware sowie einem Markt-„Pull" durch wachsende Nachfrage nach individualisierten Produkten. Dennis Kolberg, Forschungsleiter am DFKI, beschreibt Industrie 4.0 (I4.0) nicht als bloße Einführung neuer Technologien, sondern als „Revolution in der Art, wie wir Dinge herstellen". Kürzere Produktlebenszyklen und größere Produktvarianz, besonders in der Automobilindustrie, erzwingen Produktionssysteme, die sich selbst rekonfigurieren können.

Gleichzeitig identifiziert Prof. Dr.-Ing. Martin Ruskowski von der Technologie-Initiative SmartFactory KL ein strukturelles Problem: „Wir denken in den Technologien in der Automatisierung immer noch in den 1950er-Jahren, und das funktioniert in der modernen Zeit nicht mehr, wenn KI und moderne Softwareentwicklung kommen." Diese Aussage, getroffen auf einer Automatisierungsmesse in Frankfurt, benennt den Kernwiderspruch zwischen gewachsenen OT-Systemen und modernen KI-Anforderungen.

Die Technologie-Initiative SmartFactory KL e.V. ist eine gemeinnützige Organisation mit Sitz am DFKI in Kaiserslautern. Sie zählt 48 Mitglieder, Unternehmen und Institute weltweit, von kleinen KMU bis zu multinationalen Konzernen wie IBM, SAP, Siemens und Bosch. Ziel ist die Überführung von I4.0-Konzepten aus der Forschung in die industrielle Praxis.

Ein zentrales Instrument dafür sind physische Demonstratoren. Auf der Hannover Messe 2014 präsentierte die Initiative den ersten herstellerunabhängigen I4.0-Demonstrator: eine sieben Meter lange Produktionslinie, die I4.0-Paradigmen in Betrieb zeigte und für Messebesucher anfassbar machte. Detlef Zühlke, Vorsitzender der SmartFactory KL, war zudem wissenschaftlicher Berater zweier der neun „Factories of the Future", die das Weltwirtschaftsforum und McKinsey in einer gemeinsamen Studie als Vorreiter der vierten industriellen Revolution identifizierten.

Das Konzept der SmartFactory KL ruht auf vier Säulen: Modularisierung der Produktion, Digitalisierung über alle Systemebenen hinweg, Nutzerorientierung sowie schlanke Lösungen. Kolberg betont, dass Lösungen für Anwender einfach, aber effektiv sein müssen, eine Reaktion auf frühere Erfahrungen, bei denen zu komplexe Technologieeinsätze scheiterten.

Ein konkretes Umsetzungskonzept ist „Plug and Produce": In Analogie zum USB-Standard wurde ein einheitlicher physischer Connector entwickelt, der Druckluft, Hochspannung und sichere Datenkonnektivität in einem einzigen Anschluss vereint. Damit können Module einer Produktionslinie ohne aufwändige Umrüstung ausgetauscht oder ergänzt werden, eine direkte technische Antwort auf die Anforderung nach flexibler, rekonfigurierbarer Fertigung.

Auf IT-Ebene setzt die Initiative auf offene Kommunikationsprotokolle wie OPC UA als gemeinsame Sprache zwischen Feldgeräten, Produktionssystemen und Cloud-Schichten. Ältere Maschinen, die keine offenen Schnittstellen besitzen, werden über Nachrüstlösungen mit zusätzlichen Sensoren ausgestattet, ein Ansatz, der dem Prinzip des Edge Computing entspricht und durch die inzwischen günstigere Verfügbarkeit von Sensorhardware praktikabel geworden ist.

Die Zusammenführung von IT und OT, also von datenanalysierenden Informationssystemen und maschinennahen Steuerungskomponenten, ist dabei sowohl Chance als auch Risikofaktor. Ruskowski weist darauf hin, dass viele OT-Systeme über Jahrzehnte technisch nachgerüstet wurden, ihr Sicherheitsniveau aber unzureichend geblieben ist. Je stärker KI und moderne Softwareentwicklung in die Fertigung einziehen, desto relevanter wird diese Angriffsfläche.

Belastbare, auf die SmartFactory KL direkt bezogene Kennzahlen liegen im Quellenmaterial nicht vor. Im breiteren Kontext verweist eine gemeinsame Studie des Weltwirtschaftsforums und McKinsey, für die Zühlke als Berater tätig war, darauf, dass 85 % der Fabriken mit implementierten I4.0-Technologien ihre Ressourcenproduktivität und Effizienz steigerten. Die neun identifizierten Vorreiterfabriken erzielten eine um 20 bis 50 % bessere Performance als der Durchschnitt. Diese Zahlen beziehen sich auf den globalen Erhebungskontext, nicht spezifisch auf SmartFactory-KL-Installationen.

Die SmartFactory KL nimmt eine Mittlerrolle zwischen Forschung und Industrie ein: Sie schafft keine Produkte, sondern Referenzumgebungen und Standards, an denen Mitglieder aus Wissenschaft und Wirtschaft gemeinsam arbeiten. Dass Zühlke als Berater für zwei der weltweit neun führenden I4.0-Fabriken fungierte, deutet auf eine praktische Wirkung über den Demonstrator-Betrieb hinaus hin. Zugleich benennt die Initiative mit Ruskowskis Einschätzung zur veralteten Denkweise in der Automatisierungstechnik offen eine strukturelle Barriere, die den Breiteneinsatz von KI in der Fertigung bremst.